发动机曲轴加工工艺方法

王森林

（齐齐哈尔市润元机械设备有限公司，黑龙江齐齐哈尔161000）

发动机曲轴加工工艺方法

王森林

（齐齐哈尔市润元机械设备有限公司，黑龙江齐齐哈尔161000）

曲轴零件的加工精度要求较高，对于工艺路线的设计也相对要求较高。文中结合实例对发动机曲轴的加工过程进行了详细阐述，并对每一个工序进行了分析和总结。该实例中设计的加工工艺方法对曲轴类零件的加工具有很好的推广应用价值。

发动机曲轴；加工工艺；加工精度

0 引言

发动机曲轴在机器中主要是用来传递运动和扭矩，同时也起到支撑其他传动零件的作用。曲轴的结构一般都比较复杂，涉及到的加工种类也较多，同时加工精度要求也较高。这就给工艺设计增加了困难，只有设计出合理、易操作的加工工艺路线才能制造出高质量的产品，同时也可以降低生产制造成本。对于发动机曲轴的加工工艺研究一直是业内关注的热点课题。

1 曲轴的加工过程

本文以典型的发动机曲轴加工为例进行详细论述，如图1（发动机曲轴）所示。

由图1可知零件涉及到的加工要素较多，且零件材料为20Cr，大批量生产。毛坯需调质至230～250HBS，两支撑轴颈、偏心圆柱面局部淬火至45～52HRC。在选择机床和刀具时可以采用工序集中度较高的数控机床。由于工件有热处理要求，所以在工件粗加工完成后要进行调质处理和局部淬火等工序。

根据“先面后孔，先主要面后次要面，先粗加工后精加工”的加工原则，可初步确定以下加工方法：

1）轴端面的加工。通常我们在加工端面时要使用车床和铣床，对于该零件两种加工方式都可以。端面加工完成后要对轴定位孔进行加工，由于该件属于大批量生产，因此中心孔的加工可以借助专用夹具来完成。

2）轴颈的加工。根据图1可知，该零件的两段轴颈精度要求较高，左侧轴颈直径为40 mm，加工误差范围为0～0.001 6 mm，右侧轴颈直径为30 mm，误差范围为0～0.001 6 mm，另外轴颈的表面要求精加工。所以在轴颈粗加工后先进行淬火处理以保证工件的硬度要求，待热处理后再对两端轴颈进行精加工。

3）圆锥面的加工。圆锥面的表面精度要求相对较低，可以在粗加工后留有少量的加工余量，然后选择磨削加工，对圆锥表面进行打磨直到达到表面精度要求。

4）偏心圆柱面的加工。图1中的偏心圆柱面直径尺寸为45mm，加工公差范围为0～0.001 6mm，另外表面精度要求也较高。因此，可以先对该部分进行粗加工，然后进行淬火处理，最后再进行精加工的方法。考虑到该位置的偏心圆柱面结构较特殊，且偏心距离较大，因此我们不能再选择传统的夹具来定位，这就需要设计专门的夹具来装夹定位。

图1 发动机曲轴

5）键槽的加工。根据该零件的技术要求可知，该键槽无特殊要求属于通用加工范畴，因此我们可以采用铣削的方式进行加工。

以上就是曲轴的初步加工方法，具体的加工步骤如下：毛坯选择→铣削轴端面、中心孔和长度尺寸→调质处理→粗加工两端轴颈及圆锥面→粗加工偏心圆柱面→局部淬火处理→修研中心孔→铣键槽→去毛刺→精磨两端轴颈及圆锥面→精磨偏心圆柱面→检验→入库。

2 曲轴的加工工艺分析

曲轴零件的加工技术要求较多且结构相对较复杂，加工过程也较难，重点是要保证两端轴颈的相互位置关系，确保曲轴在安装后的运动过程中不会发生振动。如何达到零件要求的加工精度等级是曲轴工艺设计的关键所在。

1）毛坯的选择。曲轴的主要作用是传递运动和扭矩，因此在毛坯选择上一定要保证工件具有很好的力学性能。综合毛坯成型的几种方法，锻造成型比较合适。锻造成型能保证工件的力学性能，另外毛坯的质量也较高不会出现内部砂眼、气孔等缺陷。锻造成型还有个好处就是可以省去毛坯件的粗加工过程。

2）铣削端面、中心孔。这个工序可以选择在铣钻床上进行，利用专门设计的夹具对轴端面及中心孔进行加工，这样安排可以大大提高生产效率以满足大批量生产的要求。

3）调质处理。由于曲轴的工作特点较特殊，所以一定要经过调质处理的过程，这个工序可以使曲轴的力学性能得到提升，满足工作中传递力矩的需要。调质处理一般是在粗加工之后进行，经过调质后的工件其硬度等级完全可以达到技术要求。

4）粗加工。曲轴的两端轴颈及圆锥面、偏心圆柱面的粗加工可以选择在车床上进行，车削加工具有操作灵活、效率高的特点。另外，在车削偏心圆柱面的时候需要借助专门设计的夹具来定位，以确保工件的加工质量能够满足技术要求。

5）局部淬火。由于两端轴颈和偏心圆柱面的位置在实际的工作中需要传递较大的扭矩，因此，该部位一定要具有很好的力学性能。对这几个位置进行淬火处理，不但可以提高该处的表面硬度，同时也可以增加曲轴的使用寿命。淬火处理一般安排在磨削之前，它属于最终的热处理工序。

6）修研中心孔。轴两端的中心孔在加工中主要起到定位的作用，如果两个中心孔的中心线不在同一水平线上，那么加工后的工件根本无法保证精度的要求。所以，两端中心孔的加工质量直接决定了整个工件的加工精度。中心孔的加工要求锥角要准确，它与顶尖的接触面积尽量要大，表面精度要求也较高。否则，曲轴在加工过程中会因为孔与顶尖的接触松动而引起圆周上的加工误差。所以，要想得到高质量的曲轴必须先确保具有高质量的定位中心孔。

由于中心孔在使用过程中会受其他工序加工的影响而发生变形，所以，在工件的最后一道工序磨削之前要安排中心孔的修研，以减少误差。考虑到该曲轴的生产特性我们可以在磨床上进行修磨中心孔，修磨的精度和效率完全可以满足大批量生产的要求。

7）铣削键槽。键槽的加工工序通常会安排在精磨之前进行，这样做的目的是可以确保精加工的连续进行，避免产生振动而损坏刀具。通常外圆键槽的加工选择立式铣床上进行，内孔键槽的加工选择插床上进行。

8）精磨。对于表面精度要求较高的工件，在加工外表面时一般采用精磨的方法。这种方式可以大大提高加工表面的质量等级，以满足零件的精度要求。磨削加工过程要伴随冷却液的冷却，避免因磨削热使工件表面发生烧伤而出现裂纹。

3 结语

通过以上零件的加工过程可以得出曲轴零件的加工工艺过程为：零件粗加工→工件的调质热处理→各表面的半精加工→表面局部淬火→精加工。在设计工艺加工路线时，最好做到刚加工完的表面能作为后道工序的加工定位基准。对曲轴类零件而言加工质量的好坏很大程度上与各表面的加工顺序转换有关。当粗、精基准选定后，加工顺序就大致确定了。因为各阶段加工开始时总是先加工基准面，后加工其它面。如对中心孔、两端轴颈的加工，均安排在各加工阶段开始时完成，这样，在加工时有比较精确的定位基准面，有利于减小定位误差，保证加工质量。

［1］ 刘守勇.机械制造工艺与机床夹具［M］.北京：机械工业出版社，2000.

［2］ 王茂元.机械制造技术［M］.北京：机械工业出版社，2001

［3］ 任国光.曲轴加工工艺分析［J］.科技信息，2009（28）：99-100.

（编辑：立 明）

TH 133.2

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1002－2333（2014）04－0189－02

王森林（1957-），男，工程师。

2013-12-23